无碰撞暗物质尖峰的耗散

黑洞周围致密的暗物质（DM）集中为探测暗物质的本质提供了引人注目的机会。在经典的Gondolo-Silk模型中，大质量黑洞（MBH）在暗物质尖峰中的绝热增长产生了陡峭的密度尖峰（$\rho \propto r^{-7/3}$），可能在中等和极端质量比旋近（IMRIs/EMRIs）中诱导可测量的引力波相位延迟。我们通过考虑嵌入在真实核星团（NSC）中的无碰撞尖峰来挑战这一范式。使用各向同性NSC的一维轨道平均Fokker-Planck（FP）模拟，我们表明多质量恒星尖峰中的质量分选加速了弛豫，相对于单质量模型，从而在$\lesssim 1$ Gyr内将DM驱动至低密度$r^{-3/2}$ Bahcall-Wolf剖面。在FP描述失效的内区，我们使用后牛顿三体模拟对DM粒子与EMRI之间的强三体相互作用进行建模。我们表明EMRI通过弹弓效应抛出DM粒子，在数Gyr内耗散了内尖峰。由于EMRI数密度过低无法驱动二体弛豫，且无碰撞DM无法有效重新填充被耗散的相空间，这种耗散是不可逆的。虽然EMRI诱导耗散的程度取决于EMRI率和质量，但我们发现DM密度降低了数个数量级。因此，MBH质量$\lesssim 10^5\,M_\odot$（对于$\mathcal{O}(10)\,\mathrm{Gyr}^{-1}$的EMRI率）在$z=3$（2.14 Gyr）处的EMRI的DM诱导相位延迟可能降至LISA的探测阈值以下，对于更乐观的$\mathcal{O}(300-1000)\,\mathrm{Gyr}^{-1}$率可扩展至$\lesssim 10^6\,M_\odot$。我们的发现大幅减少了MBH可以容纳可探测无碰撞DM尖峰的参数空间。